家用微波爐內磁控管的頻率會有波動,且難以測定。為考查微波頻率波動對樣品溫度分布的影響,獲得更加精確的仿真結果,研究假設家用微波爐的頻率以2.45 GHz為中心波動,并對不同波動范圍的頻率（2.44～2.46 GHz,2.43～2.47 GHz,2.41～2.49 GHz）與單個頻率（2.45 GHz）的基于有限元模型的仿真結果與實驗結果進行了比較分析。實驗對象是放置于微波爐內加熱60 s的土豆泥。對于不同的頻率范圍分布,每隔0.005 GHz計算一次電磁功率密度,并根據(jù)余弦分布對它們進行加權平均,最后將電磁功率作為熱源加熱土豆泥。模擬結果分別與用熱成像儀和光纖熱電偶測定的土豆泥表面溫度分布和各部位瞬時溫度的實驗值進行比較。結果顯示頻率波動范圍在2.44～2.46 GHz預測的溫度場與實驗值有較好的一致性;而在2.41～2.49 GHz范圍內,溫度分布的均勻性最好。該模型也可為指導微波食品的開發(fā)提供理論依據(jù)。 

【文章來源】：微波學報. 2020,36(05)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

微波爐模型示意圖

由于現(xiàn)在的仿真軟件難以實現(xiàn)多頻率加熱的情況,因此本研究采用基于有限元的COMSOL Multiphysics 并結合MATLAB來實現(xiàn)。圖2描述了仿真策略的流程。整個過程是一個循環(huán),模擬開始時,土豆泥的初始溫度是20 ℃。Liu等發(fā)現(xiàn)土豆泥的介電特性無需頻繁更新,因為在加熱過程中變化不大,對模型的精度影響不大[16]。Chen等假設土豆泥在10 s內介電特性是固定的[27]。基于計算時間和精度的考量,本研究假設3 s內土豆泥的介電常數(shù)和熱物性是處于不變的,認為是不干擾電場的分布。通過COMSOL計算不同頻率范圍的5個頻率點的功率密度,這里的頻率范圍選取了3個,分別是2.44～2.46 GHz(每隔0.005 GHz選取一個頻率點,共5個頻率點);2.43～2.47 GHz(每隔0.005 GHz選取一個頻率點,共9個頻率點);2.41～2.49 GHz(每隔0.005 GHz選取一個頻率點,共17個頻率點),其所占比重如圖3所示,3個頻率范圍均是以2.45 GHz為中心,0.1/0.05/0.025 GHz為半個周期的余弦分布,所占比重的和均歸一化為1。MATLAB將不同頻率下的功率密度進行加權平均,再將求得的平均功率密度作為熱源加熱土豆泥,求得的溫度可以進行輸出并且保存為文件作為下一次循環(huán)的初始溫度值,往復循環(huán),一直達到60 s的加熱,一共20次循環(huán)。

合適的網(wǎng)格劃分是保證精確和減少計算時間的保證,因此仿真時所用的網(wǎng)格尺寸不宜過大也不宜過細。文獻[16]報道在有限元分析中各個域的網(wǎng)格不超過1/6的波長。本研究中,土豆泥的網(wǎng)格尺寸為 2～4 mm;玻璃的尺寸為6～10 mm;尼龍模具的尺寸為 8～15 mm;空氣的尺寸為:6～30 mm。網(wǎng)格采用的是自由四面體網(wǎng)格。1.4 模型參數(shù)的輸入以及樣品的制備

【參考文獻】：
期刊論文
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[3]頻率、溫度和大豆分離蛋白對南極磷蝦蝦肉糜介電特性的影響[J]. 張毛賽,樓飛,張瑞娟,盧敬昊,程裕東,金銀哲.  食品與發(fā)酵工業(yè). 2017(08)
[4]K23L平板微波爐天線研究[J]. 王翔,曾葆青,唐相偉.  真空電子技術. 2014(06)
[5]方便米飯微波復熱過程溫度分布的尺寸效應[J]. 范大明,陳衛(wèi),李春香,王麗云,龐珂,趙建新,張灝.  農(nóng)業(yè)工程學報. 2012(S1)
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碩士論文
[1]微波爐加熱仿真及仿真精確度提升[D]. 冉雪峰.電子科技大學 2017
[2]微波爐腔體電磁場分布仿真及尺寸結構優(yōu)化設計[D]. 巨漢基.電子科技大學 2008



本文編號：3419084